平价上网对光伏产业链各环节的成本要求
(2011-12-09 02:28:02)
[摘要] 本文介绍了2008~2011年的光伏产业各环节的价格变动趋势，根据作者所研究的光伏发电的成本电价的数学分析模型，讨论了光伏产业要达到平价上网对光伏产业链各环节的成本目标，并对成本电价为元人民币/度和元人民币/度的光伏发电的单位装机成本和组件各部分的成本进行了分析。
一、2008~2011光伏各环节价格趋势
光伏产业从2005年开始，因德国率先对光伏发电进行补贴而步入规模化生产阶段以来，价格的降低就是产业持续追求的目标。由于产业初期多晶硅的供应奇缺，因此，多晶硅价格畸高，导致了“拥硅者为王”的神话出现，和全球多晶硅投资的热潮。
从上述曲线可以看出，从2008年上半年以来，光伏产业经历了两次大的降价热潮。第一次是2008年下半年到2009年上半年期间，金融海啸导致了需求升幅剧降，使得多晶硅供求缓解，多晶硅价格出现了80%~90%的跌幅，从最高的350万人民币/吨降低到了41万人民币的低点。由于同期光伏发电的补贴电价并没有随之大幅下降，所以，多晶硅的大幅价格下跌减缓了下游的价格压力，因此，铸锭、硅片、电池片、组件乃至逆变器的价格并没有像多晶硅那样大幅下降，而只是进行了小幅调整。
2009下半年后，随着市场升温，多晶硅价格又开始缓升，由于光伏发电的补贴电价是持续下降的，因此，为了保证组件的价格能够持续下降，下游的加工利润也受到了挤压，价格开始出现松动。而2010年，由于市场规模的扩张，规模化也导致了下游的成本降低，因此，虽然下游的价格不动或略降，而下游各环节的企业在多晶硅成本上涨的情况下，依然保持了可观的利润。
而第二次降价就是2011年5月份开始的，源于欧债危机。由于市场发展速度急降，导致产能短期过剩，光伏产业的上下游的利润空间同步受到挤压，导致了光伏行业多个环节的价格降低50%以上，而光伏电站的装机成本则下降了40%左右。这次降价的波及面之广、幅度之深，远远超过了第一次。多晶硅从80万/吨的高位持续下跌到20万元/吨，历史上首次跌破大多数厂家的成本价。而组件、电池片、切片等加工费用也分别有50%以上的跌幅。
凡事都有两面性，危机中孕育着商机。从长远看，这次光伏产业的低谷未必是坏事。阻挡光伏产业发展的最大的障碍是什么？是高成本。那么，这次光伏行业的价格普降，对于光伏发电的市场化应用未免不是一件好事。
2011年光伏发电成本的加速下降，使得光伏发电的价格距离低于火力发电的时间大大缩短。原来被认为最激进的估计，现在看来已经成为最保守的预测。而光伏发电成本低于火力发电的情形的出现，将是历史上第一次光伏发电能够不再依赖各国政府的补贴而进入真正市场化的拐点，这意味着光伏发电成为替代能源的序幕拉开，这里面蕴藏的商机几乎可以说是无限的。因此，这就是为什么在目前价格如此低迷的情况下，依然有无数的各行各业的巨头企业磨刀霍霍、跃跃欲试、紧锣密鼓地准备大举进军光伏产业的原因。
二 光伏平价上网对各环节的成本要求
史珺博士于2011年11月28日公布了其所研究的光伏发电的成本电价的数学模型[1]。由于光伏电站总投资与装机容量通常成正比关系，如果用Cp代表单位装机容量的装机成本，Tcost代表光伏发电的成本电价，则：
Tcost =Cp（1/ Per + Rop + Rloan * Rintr -isub）/Hfp (1)
式（1）即为光伏发电的成本电价的计算公式。它表示出了光伏电站的成本电价与光伏电站的单位装机成本Cp、投资回收期Per、运营费用比率（每年的运营费用占电站总投入的比例）Rop 、贷款状况（包括贷款占投资额的比例Rloan和贷款利息Rintr两个参数）、年等效满负荷发电小时数Hfp（相当于1KW装机容量一年所发电量的千瓦时数）等五大因素的具体关系。此外，还有该电站所享受到的其它补贴收入系数isub（电站每年的电价外补贴占电站总投资的比例。
有了上面的光伏发电成本分析模型，可以对现阶段光伏发电成本做一个简要分析。
平价上网的装机成本
光伏目前降价的动因是因为上网电价还高于火力发电。而所谓的平价上网，就是，上网电价与火力发电价格持平。目前，比较一致的看法是，如果光伏上网电价能够达到元/度，则就毫无争议地低于火力发电了。为此，对式（1）进行变化可得：
Cp = Tcost*Hfp /（1/ Per + Rop + Rloan * Rintr -isub） ……(2)
首先，我们按照光伏发电企业的商业惯例对式（2）的各参数做出。首先是投资回收期Per，定义为20年，运营费率Rop定义为2%，贷款比例Rloan为70%，贷款利息按照7%计算，而CDM等收入按照投资的%计算，即isub =%；令Tcost=元/度，同时假定Hfp=1500小时。在这样的条件下，光伏发电就具有了价值。将上述参数带入式（2），可以得到：
Cp = * 1500 /（ + + * – ）= 7009元/KW。
再变更一下不同的商业条件，可以计算一下所对应的装机成本要求，可得到表2-1。
表2-1 不同商业条件下，成本电价为元/度时的装机成本
装机成本
成本上网电价（元/度）
年满负荷发电小时数
投资回收期（年）
运营费率
贷款占总投资比例
贷款年利率
其它补贴收入占投资比例
7009
1500
20
2%
70%
7%
%
9493
1500
20
2%
70%
3%
%
8064
1500
20
2%
50%
7%
%
9493
1500
20
2%
30%
7%
%
12930
1500
20
2%
0%
7%
%
由表2-1可知，如果项目不从银行贷款而全部采用自有资金，那么即便装机成本达到12930元/KW，也一样可以做到成本电价为元/度。但这样不符合一般的电站运营模式，下面，我们还是按照表5-1中的第一行所代表的商业模式来考虑。
光伏平价上网的组件成本
目前的光伏装机成本为11160元/KW，要达到上述比例，必须降低到7009元，假定电站的所有部分按照同样比例下降，则各部分成本见表2-2。
表2-2 上网电价为元/度时的装机成本构成
序号
代号
名称
价格（元/KW）
1
Cpan
组件
4830
2
Cinv
逆变器
400
3
Cmon
电站监控系统
45
4
Cstr
组件支架
250
5
Cdis
高低压配电
220
6
Ctrf
变压器
100
7
Ccab
电缆
407
8
Cbas, Ccon
支架基础、土建
375
9
Casb,Ceng
组件安装费用、施工
220
10
Cacc,
外线接入
75
11
Cman
管理费用
75
合计：
6998
上述价格不包括土地、和追日及功率优化模块。
可见，光伏组件单元目前的价格是6600元，要降低到4830元，假如所有单元按照同比降价，则各部分的价格如表5-3所示。
表2-3 上网电价为元/度时的光伏组件各部分的价格构成
序号
名称
目前单价
价格单位
每千瓦耗用量
目前每千瓦的价格构成（元/KW）
新的单价
新的千瓦价格构成
1
多晶硅
190
元/公斤
8公斤
1520
139元/公斤
2
铸锭开方
40
元/公斤
6公斤
240
元/公斤
3
切片
元/片
250片
1025
元/片
4
电池片加工
元/片
250片
1275
元/片
5
组件加工
元/瓦
1000瓦
2500
元/瓦
合计：
6600
4823
表2-3意味着，假如光伏组件各个部分按照同样比例下降的话，要想达到元/度的光伏上网电价，则多晶硅要降到元/公斤，铸锭加开方成本要降低到元/公斤，切片成本要降低到3元/片，电池片加工成本要降低到元/片，组件加工成本要降低到元/瓦。
此外，逆变器的价格虽然最近降低的幅度较大，但进一步从目前的元/瓦降低到~元/瓦是比较容易的，而施工和土建随着电站施工的日益规范化，成本在现有基础上下降50%也不是很困难的事情。最难以下降的可能是支架和电缆。因为主要受金属原材料价格限制，下降幅度有限。但如表4-1所示，该部分成本目前仅占光伏电站总价的12%，因此，下降的幅度即便小一些，也不会影响整体的大局。
另外，由于火电价格目前上升压力较大，在三到四年后，火电上网电价可能会上升到元以上，届时，光伏的价格压力会小些。但是，考虑到光伏的推广，光伏发电不应仅以火电作为标杆，假以时日，光伏发电的价格一定会大大低于火力发电。
光伏电价为元人民币/度的装机成本和组件成本
前面所举的例子为年满负荷为1500小时，这样所要求的日照时间通常为2800小时以上，通常适合我国西北地区。而西北地区目前的火电上网电价通常在~元/度。为此，我们假定上网电价为元，在上面同样的条件下，对光伏装机成本和组件成本进行计算。
依然假定投资回收期Per，定义为20年，运营费率Rop定义为2%，贷款比例Rloan为70%，贷款利息按照7%计算，而CDM等收入按照投资的%计算，即isub =%；令Tcost=元/度，同时假定Hfp=1500小时。将上述参数代入式（2），可以得到：
Cp = * 1500 /（ + + * – ）= 4906元/KW。
再变更一下不同的商业条件，可以计算一下所对应的装机成本要求，可得到表2-4。
表2-4 不同商业条件下，成本电价为元/度时的装机成本
Cp
Tcost
Hfp
Per
Rop
Rloan
Rintr
isub
我们还是按照上表第1行的情况，要达到元/度的成本电价，光伏装机成本必须从目前的11160元/KW降低到元/KW，仍然假定电站的所有部分按照同样比例下降，则各光伏电站各部分成本见表2-5。
表2-5上网电价为元/度时的装机成本构成
序号
代号
名称
元/度时的新价格(元/KW）
1
Cpan
组件
2902
2
Cstr
组件支架
176
3
Casb
组件安装费用
53
4
Ccab
电缆
286
5
Cbas
支架基础
264
6
Cinv
逆变器
352
7
Cdis
高低压配电
132
8
Ctrf
变压器
110
9
Cacc
外线接入
61
10
Ccon
电站土建工程
334
11
Cmon
电站监控系统
53
12
Ceng
施工费用
132
13
Cman
管理费用
53
合计：
4906元/KW
上述价格不包括土地、和追日及功率优化模块。
光伏组件单元目前的价格是6600元，要降低到2902元，假如所有单元按照同比降价，则各部分的价格如表2-6所示。
表2-6上网电价为元/度时的光伏组件各部分的价格构成
序号
名称
现在单价
每千瓦耗用量
目前每千瓦的价格构成
新的单价
新的千瓦价格构成
1
多晶硅
190元/公斤
8
1520
元/公斤
2
铸锭
44元/公斤
6
264
元/公斤
3
开方切片
4元/片
250
1000
元/片
4
电池片加工
5元/片
250
1250
元/片
5
组件加工
元/瓦
1000
2570
元/瓦
6604
2904
表2-6意味着，假如光伏组件各个部分按照同样比例下降的话，要想达到元/度的光伏上网电价，则多晶硅要降到元/公斤，铸锭加开方成本要降低到元/公斤，切片成本要降低到元/片，电池片加工成本要降低到元/片，组件加工成本要降低到元/瓦。
三 光伏各环节降低成本的途径
考虑元/度的目标电价。要把光伏组件的价格从目前的6600元/KW下降到2902元/KW，除了大规模生产造成的规模效应外，更主要应当是通过技术进步来解决。
表3-3 光伏各环节成本下降的途径
序号
名称
目标价
成本下降途径
1
多晶硅
元/公斤
冶金法多晶硅
2
铸锭开方
元/公斤
大容量铸锭炉
3
切片
元/片
120微米或更薄的硅片，更细的钢线和金刚砂
4
电池片加工
元/片
激光刻槽，背电极技术，N型电池
5
组件加工
元/瓦
新的透光膜、新的面板材料和边框材料，多层层压
从表3-3可见，多晶硅的目标价格要降低到元/公斤，靠目前的西门子法多晶硅生产工艺，绝对是不可能。而新兴的冶金法多晶硅近年来，无论是从成本还是从纯度和制作光伏电池的效率，都取得了长足的进步。最近的中试结果表明，上海普罗的新的冶金法多晶硅工艺，已经将大规模生产的成本降低到了80元/公斤，而电耗更加降低到了仅15度电/公斤。这不啻为光伏的巨大福音。
铸锭成本的降低则主要通过加大单锭的容量来实现。但目前单锭的加大受到较大限制。而上海普罗的一炉四锭的生产方式，可以一下子将铸锭产能提高四倍，而且电耗降低20%，水和氩气消耗降低70%，为铸锭成本的降低作了巨大的贡献。而目前的铸造准单晶的技术，因为能够提高铸锭后的电池片效率，因此，折合到每瓦的价格也是一种有效的成本降低的手段。
切片成本今年下降幅度已经很大，目前距离元/瓦的目标不算太远，主要还是通过降低硅片的厚度，减小钢线的直径和金刚砂的粒度来完成，此外，切片成品率的提高对于切片成本的下降也有着重要的作用。
电池片的成本下降一直有许多技术在研究中。激光刻槽降低电极的遮光面，变面接触为体接触，N型电池技术，背电极技术等；都是电池片成本下降的手段。银浆的规模化和国产化也将对电池片的成本下降做出一定贡献。而电池片制造领域的许多技术更着眼于效率的提高，这也是降低成本的一个迂回但十分有效的方式。
组件的成本下降，更大程度上取决于玻璃、薄膜、边框材料和加工装备的技术创新。目前，超白玻璃、EVA膜、铝合金边框占据市场的时间已经足够长，而有机硅膜、聚合物透光板和工程塑料结构材料，目前正虎视眈眈地准备进入组件市场。而多层组件加工设备目前已经面世，先进设备将大幅度降低劳动定员，把组件这个劳动密集的行业的人力成本有效地降低下来。
总之，光伏组件虽然今年已经下跌了将近一半的价格，但进一步下降的空间依然很大。
四、结语
光伏产业是一个新兴产业，目前还处在婴儿期。其之所以成为“新”，表现在几个方面，一个是市场尚未启动，目前全球的光伏市场并非真正的市场，而是依托于政府补贴的市场，但补贴的目的是为了扩大使用规模，降低成本。从2007年以来的光伏的成本走势来看，目前这个策略是奏效的。另一个新，体现在技术。光伏目前全行业各环节还没有一个环节的技术敢于声称是完全成熟的技术，因此，各个环节技术进步的空间十分巨大，而这些技术进步始终是沿着“低成本、高效率”这两个方面进步的，而且，技术进步导致光伏产业的成本下降，将比市场规模带来的规模效应要大得多。
光伏发电的成本下降趋势，超出了绝大多数人的预测。从目前的成本下降趋势看，光伏发电的成本电价降低到元人民币/度并不是遥不可及的目标，而是在短短几年内就可望实现的一个能够进行规划的目标。
